Ферроупругость
Ферроупругость — это явление , при котором материал может проявлять спонтанную деформацию, и оно является механическим эквивалентом сегнетоэлектричества и ферромагнетизма в области ферроиков . Ферроупругий кристалл имеет два или более стабильных ориентационных состояния в отсутствие механического напряжения или электрического поля, т.е. остаточные состояния, и может воспроизводимо переключаться между состояниями путем приложения напряжения или электрического поля, превышающего некоторое критическое значение. Приложение противоположных полей приводит к гистерезису , поскольку система пересекает энергетический барьер взад и вперед. При этом переходе рассеивается энергия, равная площади, заключенной в петле гистерезиса. [ 1 ]
Переход материнской структуры кристалла к одной из его устойчивых сегнетоупругих деформаций обычно сопровождается понижением симметрии кристалла. [ 2 ] Спонтанное изменение деформации и кристаллической структуры может быть связано со спонтанным изменением других наблюдаемых свойств, таких как двойное лучепреломление, оптическое поглощение и поляризуемость. [ 3 ] [ 4 ] В совместимых материалах рамановская спектроскопия использовалась для прямого изображения сегнетоупругого переключения в кристаллах. [ 5 ]
Теория Ландау использовалась для точного описания многих сегнетоупругих фазовых переходов с использованием деформации в качестве параметра порядка, поскольку почти все сегнетоупругие переходы относятся к второму роду. Свободная энергия формулируется как разложение по четным степеням деформации.
Эффект памяти формы и сверхэластичность являются проявлениями сегнетоупругости. Нитинол (никель-титан), распространенный сегнетоэластичный сплав, может проявлять либо сверхэластичность, либо эффект памяти формы при комнатной температуре, в зависимости от соотношения никеля и титана.
Роль в ужесточении трансформации
Ферроупругие переходы можно использовать для упрочнения керамики, наиболее ярким примером является диоксид циркония. Трещина, распространяющаяся через тетрагональный диоксид циркония, открывает дополнительное пространство, что позволяет области вокруг трещины перейти в моноклинную фазу, расширяясь на целых 3-4%. [ 6 ] Это расширение вызывает сжимающее напряжение перед вершиной трещины, требующее дополнительных усилий для дальнейшего распространения трещины. [ 7 ]
См. также
[ редактировать ]Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Салье, EKH (2012). «Сегнетоэластичные материалы». Ежегодный обзор исследований материалов . 42 : 265–283. Бибкод : 2012AnRMS..42..265S . doi : 10.1146/annurev-matsci-070511-155022 .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Банерджи, Раджат; Манна, Индранил (2013). Керамические нанокомпозиты . Серия публикаций Вудхеда по науке и технике композитов. Оксфорд: Издательство Вудхеда. ISBN 978-0-85709-338-7 .
- ^ Салье, Экхард К.Х.; Хейворд, Стюарт А.; Ли, Уильям Т. (1 января 2005 г.). «Сегнетоупругие фазовые переходы: структура и микроструктура» . Acta Crystallographica Раздел А. 61 (1): 3–18. дои : 10.1107/S0108767304020318 . ISSN 0108-7673 . ПМИД 15613749 .
- ^ Вуд, И.Г. (30 июля 1984 г.). «Спонтанное двойное лучепреломление сегнетоэластичных BiVO 4 и LaNBO 4 между 10K и T c» . Журнал физики C: Физика твердого тела . 17 (21): Л539–Л543. дои : 10.1088/0022-3719/17/21/003 . ISSN 0022-3719 .
- ^ Хилл, Кристина; Вебер, Мэдс К.; Леманн, Яннис; Лен, Тарик; Фибиг, Манфред; Крайзель, Йенс; Генну, Маэль (01 августа 2020 г.). «Роль сегнетоэластичной деформации в оптическом поглощении BiVO4» . Материалы АПЛ . 8 (8). arXiv : 2004.10183 . дои : 10.1063/5.0011507 . ISSN 2166-532X .
- ^ Шуберт, Аманда Б.; Веллман, Ричард; Николлс, Джон; Джентльмен, Молли М. (март 2016 г.). «Прямые наблюдения эрозионно-индуцированной сегнетоэластичности в термобарьерных покрытиях EB-PVD» . Журнал материаловедения . 51 (6): 3136–3145. Бибкод : 2016JMatS..51.3136S . дои : 10.1007/s10853-015-9623-7 . ISSN 0022-2461 .
- ^ Жмак, Ирена; Корич, Данко; Мандич, Вилко; Чуркович, Лидия (26 декабря 2019 г.). «Твердость и вязкость разрушения при вдавливании шликерно-литого глинозема и глиноземно-циркониевой керамики» . Материалы . 13 (1): 122. Бибкод : 2019Mate...13..122Z . дои : 10.3390/ma13010122 . ISSN 1996-1944 гг . ПМК 6981786 . ПМИД 31888013 .
- ^ Цзян, Вэньтао; Лу, Хао; Чен, Цзинхун; Лю, Сюэмэй; Лю, Чао; Сун, Сяоянь (01 апреля 2021 г.). «Упрочнение твердых сплавов путем фазового превращения диоксида циркония» . Материалы и дизайн . 202 : 109559. doi : 10.1016/j.matdes.2021.109559 . ISSN 0264-1275 .